Una nuova chimica verde estrae composti preziosi dai rifiuti vegetali

Queste molecole sono gli elementi costitutivi di composti come profumi, aromi, carburanti e terapie, trasformando un flusso di rifiuti in una risorsa preziosa.

"I processi chimici tradizionali per la sintesi di questi tipi di sostanze chimiche si basano su composti di partenza a base di petrolio e catalizzatori di metalli pesanti, che li rendono non rinnovabili e intrinsecamente tossici", spiega la dott.ssa Fiona Whelan, microscopista crioelettronica dell'Adelaide Microscopy dell'Università di Adelaide, il cui studio è stato pubblicato su Nature Communications.

"Questo nuovo metodo di lavorazione catalitica sosterrà lo sviluppo di altre nuove 'fabbriche di enzimi' di chimica verde o bioraffinerie per trasformare la lignina e altri flussi di rifiuti biologici in un prezioso deposito di prodotti chimici fini".

La lignina è il nome dato ai polimeri duri che fungono da supporto meccanico nei legni duri e teneri ed è uno dei polimeri più abbondanti sulla Terra.

L'agricoltura e la silvicoltura accumulano circa 100 milioni di tonnellate di lignina di scarto all'anno, ma questa potrebbe essere dirottata per diventare una promettente materia prima rinnovabile e sostenibile per i prodotti chimici attualmente ottenuti dai combustibili fossili.

"Le strategie per l'utilizzo della lignina prevedono una combinazione di processi chimici e biologici", spiega il professore associato Stephen Bell, della Scuola di Fisica, Chimica e Scienze della Terra dell'Università.

"Per rompere i polimeri presenti nel flusso dei rifiuti si utilizzano alte temperature, alta pressione, acidi forti e solventi velenosi.

"I preziosi composti intrappolati nei rifiuti vengono poi estratti e sottoposti a ulteriori trattamenti chimici a temperature superiori a 400°C per 'valorizzare' la lignina. Questi processi sono costosi e dannosi per l'ambiente".

La lignina del legno duro ha due componenti chimici chiave che devono essere trasformati per ottenere composti utili.

In precedenza, i ricercatori avevano scoperto un enzima che poteva essere utilizzato per scomporre uno di questi composti, che si trova anche nel legno tenero, ma non era stato identificato alcun processo di scomposizione biologica in grado di utilizzare il secondo composto più complesso del legno duro, che costituisce circa il 50% dei rifiuti.

"La scomposizione biologica della lignina avviene in un quorum microbico complesso, con gli enzimi fungini che probabilmente rompono i polimeri duri e i batteri che prendono i composti più piccoli non reattivi e li elaborano per ottenere energia metabolica", ha detto il dottor Whelan.

"Guardando al regno microbico, abbiamo scoperto che un batterio del suolo, Amycolatopsis thermoflava, contiene enzimi in grado di elaborare le molecole della lignina in modo economico, utilizzando il perossido di idrogeno per guidare la reazione - rendendo la valorizzazione molto meno dannosa per l'ambiente".

Il team di ricerca ha utilizzato questo nuovo enzima come modello per il retrofit dell'attività guidata dal perossido di idrogeno in altri enzimi per generare approcci di chimica verde del futuro per la generazione di prodotti chimici di alto valore da utilizzare nelle industrie degli aromi, dei profumi e della chimica medicinale.